(57)【要約】【課題】内燃機関から排出された排気ガスが排気ガス浄化装置を通過する時間を長くし、見かけ上の空間速度を低くすることができて、内燃機関の始動直後の排気ガス浄化装置の温度が低い場合等においても浄化性能を十分に発揮できる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関２の排気通路３に排気ガス浄化装置４を備えた排気ガス浄化システム１において、前記排気ガス浄化装置４に流す排気ガスＧの方向を順流と逆流に切り替え可能に構成すると共に、内燃機関２の運転状態が予め設定した内燃機関の運転状態の場合には、予め設定した第１時間ｔｃ毎に、前記排気ガス浄化装置４に対して排気ガスＧを予め設定した第２時間ｔｂの間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスＧが前記排気ガス浄化装置４を通過する時間を、順流だけの場合よりも長くする。【選択図】図１
2010255477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置に流す排気ガスの方向を順流と逆流に切り替え可能に構成すると共に、内燃機関の運転状態が予め設定した内燃機関の運転状態の場合には、予め設定した第１時間毎に、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスが前記排気ガス浄化装置を通過する時間を、順流だけの場合よりも長くすることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
排気管内燃料噴射装置を、前記流路切替弁より上流側の排気通路に配設することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、前記排気ガス浄化装置に流す排気ガスの方向を順流と逆流に切り替え可能に構成した排気ガス浄化システムの制御方法において、内燃機関の運転状態が予め設定した内燃機関の運転状態の場合には、前記流路切替弁と前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を操作して、予め設定した第１時間毎に、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
【請求項４】
排気ガスの順流時間と逆流時間を内燃機関のエンジン回転数と負荷に応じて調整することを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に備えた排気ガス浄化装置に対して、排気ガス浄化装置を流れる排気ガスの方向に関する順流と逆流を繰り返し行うことで、排気ガスが排気ガス浄化装置内を流れる時間を長くして、見かけ上の空間速度を小さくすることができる排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油やガソリンを燃料とする車両等に搭載された内燃機関の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置（後処理装置）を設けて排気ガスを浄化している。この排気ガス浄化装置としては、三元触媒等の酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）、選択還元型触媒（ＳＣＲ）等が用いられている。
【０００３】
三元触媒等の酸化触媒は触媒作用により、空燃比が略１：１のストイキ状態で、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化除去する。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルカリ又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持し、排気ガスの空燃比がリーン状態で一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化し、硝酸塩として触媒上に吸着してＮＯｘを浄化し、排気ガスの空燃比がリッチ状態で吸着したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを還元する。また、触媒付きＤＰＦは、排気ガス温度や触媒温度がＰＭ燃焼開始温度以下の場合にＰＭを捕集して排気ガスを浄化し、捕集したＰＭがある程度蓄積した段階で触媒付きＤＰＦをＰＭ燃焼開始温度以上に昇温して燃焼除去し、これにより排気ガスを浄化している。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達する前に、排気ガスの空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを還元浄化している。このＮＯｘ吸蔵能力を回復するための処理をＮＯｘ再生処理と呼んでいる。このＮＯｘ再生処理では、触媒に入る排気ガスのλ（空気過剰率）を１より小さい値に下げるリッチ空燃比処理を定期的に繰り返しながら、ＮＯｘ吸蔵能力の回復を行っている。
【０００５】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、内燃機関の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からＮＯｘ吸蔵材を再生するために、触媒を７５０℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫処理を行っている。
【０００６】
また、ＰＭを捕集するＤＰＦ装置においても、酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持して、ＤＰＦに捕集されたＰＭの燃焼開始温度を低下させる触媒付きＤＰＦが用いられているが、この触媒付きＤＰＦでも目詰まりによる排圧上昇を回避するために、捕集されたＰＭの量がある程度増加した段階で、排気ガスの昇温により触媒付きＤＰＦを５５０℃程度まで昇温して捕集されたＰＭを燃焼除去するＰＭ再生処理を行っている。  このＮＯｘ再生処理、脱硫処理、及び、ＰＭ再生処理において、触媒温度を短時間で上昇させたり、排気ガスを空燃比リッチ状態にしたりするために、気筒（シリンダ）内燃料噴射制御によるポスト噴射と排気管内へ燃料を直接噴射する排気管内燃料直接噴射が行われている。
【０００７】
また、ＳＣＲ触媒と呼ばれる選択還元型触媒では、選択還元型触媒の上流側に尿素水等を供給し、供給された尿素等が加水分解して生じるアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒の触媒作用により還元浄化している。
【０００８】
しかしながら、エンジン始動後で触媒が活性を十分に示せない低温度域ではエンジンからの排気ガスを浄化不十分なまま排出し、大気環境の悪化を招き易いという問題がある。
【０００９】
この対策として、内燃機関の冷間始動時などに触媒温度を速やかに上昇させ、早期に排気浄化を開始するために、触媒担体の軸方向の長さを排気脈動によるケーシング内に生じる排気逆流の長さ以下にして、排気脈動による排気ガスの往復動により同じ排気ガスを触媒担体に複数回通過させて、同じ排気ガスと触媒担体との間で複数回の熱交換を行う内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
この排気浄化装置及び排気浄化方法では、排気脈動を利用するため、排気脈動が大きな排気マニホールドの集合部直後に触媒装置を配置する必要があり、触媒の軸方向の長さも制限を受けるという問題がある。また、排気脈動を利用するため、任意に排気ガスを往復動させることができないという問題がある。
【００１１】
また、逆流に関して、第一捕集面と第二捕集面とを持つ捕集壁を有し、この捕集面を交互に利用するＤＰＦにおいて、所定時間毎、所定走行距離毎、ＤＰＦの前後差圧が所定の値を超えたり、ＰＭ堆積量が設定堆積量を超えたりしたときに、ＤＰＦに対して順流モードを逆流モードに切り替える内燃機関の排気浄化装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２２００５２号公報
【特許文献１】特開２００１−３４２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関から排出された排気ガスが排気ガス浄化装置を通過する時間を長くし、見かけ上の空間速度を低くすることができて、内燃機関の始動直後の排気ガス浄化装置の温度が低い場合等においても浄化性能を十分に発揮できる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置に流す排気ガスの方向を順流と逆流に切り替え可能に構成すると共に、内燃機関の運転状態が予め設定した内燃機関の運転状態の場合には、予め設定した第１時間毎に、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスが前記排気ガス浄化装置を通過する時間を、順流だけの場合よりも長くするように構成される。
【００１５】
この構成によれば、排気ガスを排気ガス浄化装置に対して、任意に逆流させることができるので、予め設定した内燃機関の運転状態で、予め設定した第１時間毎に、排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスが排気ガス浄化装置内を通過する時間を、順流だけの場合に比べて長くすることにより、見かけ上の空間速度を減少できるので、排気ガス浄化装置の触媒やＤＰＦ等の容積を増加したのと同様の効果を得ることができる。
【００１６】
つまり、逆流時間を順流時間のＮ％とした場合には、排ガスの流量のＮ％を逆流させることができるので、Ｎ％の排気ガスが再度排気ガス浄化装置の内部を流れることになり、実質的に排気ガス浄化装置の容積をＮ％増加させたのと同等の効果を得ることができる。
【００１７】
この排気ガスの順流と逆流の繰り返しにより、予め設定した内燃機関の運転状態が、内燃機関の始動直後等の排気ガス浄化処理装置の触媒温度が触媒性能が十分に発揮できない触媒温度よりも低温状態の場合では、内燃機関から排出された排気ガスが排気ガス浄化装置の内部を通過する時間を長くできて、排気ガス浄化装置の触媒ユニット内のガス流速である空間速度を見かけ上低下させることになる。そのため、触媒の昇温を促進できる。
【００１８】
また、排気ガス浄化装置がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えている場合においては、ＮＯｘ吸蔵能力回復のためのＮＯｘ再生処理の際には、短時間のリッチ処理時間（還元処理時間）でも、逆流効果により、排気ガスの排気ガス浄化装置内における滞在時間が長くなるので、排気ガスの触媒反応時間を長くして還元処理を十分に行うことができる。その結果、ＮＯｘ吸蔵能力を十分に回復することができるので、通常運転のリーン状態におけるＮＯｘ浄化率を向上できる。
【００１９】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の際には、逆流により排気ガス中の酸素濃度をできるだけ下げた深いリッチ状態にすることが可能となり、通常の排気ガスの順流状態で入口側に吸着し他部位よりも吸着量の多くなる硫黄の脱離も容易にできるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の性能低下を抑制できる。また、脱硫処理で触媒を加熱する場合に排気ガスの見かけ上の流速を低下させ、排気ガスへ放出する熱量を低減できるので、加熱時間を短くできる。このことは、燃料や潤滑油中に含まれる硫黄成分により性能が低下し易いＮＯｘ吸蔵還元型触媒では大きな効果となる。
【００２０】
また、排気管内直接噴射により燃料等の炭化水素やアンモニア系等の還元剤を排気ガス中に添加する排気ガス浄化システムの場合においては、排気管内直接噴射により放出された燃料や還元剤のうち、ガス化できずに液滴のまま滞留している液体粒子のガス化を促進して、未燃燃料や還元剤の排出に起因する白煙の発生や、燃料や還元剤の消費量の増加を抑制できる。
【００２１】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、排気管内燃料噴射装置を、前記流路切替弁より上流側の排気通路に配設すると、逆流時にも排気管内燃料直接噴射ができるようになる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、前記排気ガス浄化装置に流す排気ガスの方向を順流と逆流に切り替え可能に構成した排気ガス浄化システムの制御方法において、内燃機関の運転状態が予め設定した内燃機関の運転状態の場合には、前記流路切替弁と前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を操作して、予め設定した第１時間毎に、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行うことを特徴とする方法である。
【００２３】
この方法によれば、予め設定した内燃機関の運転状態で、予め設定した第１時間毎に、排気ガス浄化装置に対して排気ガスを予め設定した第２時間の間一時的に逆流させる制御を繰り返し行うことで、排気ガスが排気ガス浄化装置内を通過する時間を、順流だけの場合に比べて増加させることができる。その結果、見かけ上の空間速度を減少できて、排気ガス浄化装置の触媒やＤＰＦ等の容積を増加したのと同様の効果を得ることができる。
また、上記の排気ガス浄化方法において、排気ガスの順流の時間と逆流の時間をエンジン回転数と負荷に応じて調整すると、排気圧力の上昇を効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の排気ガス浄化システム及びその制御方法によれば、排気ガスの流量に対する排気ガス浄化装置の容積の割合である空間速度を見かけ上で低減することが可能となる。その結果、浄化活性の低い触媒温度でも排気ガス浄化率を向上させることができ、また、低温度状態にある触媒の昇温を促進することができる。
【００２５】
また、排気ガス浄化装置にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた場合には、通常のリーン運転時の場合は、浄化率を向上でき、脱硫黄処理時の場合は、脱硫効果の向上による性能低下を抑制できて加熱時間を短縮できる。
【００２６】
更に、燃料又は還元剤を排気管内直接噴射する場合は、添加された燃料又は還元剤のガス化を促進できて白煙の発生の防止とこれらの消費量の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示した図である。
【図２】排気ガス浄化装置を流れる排気ガスの様子を説明するための図である。
【図３】排気ガス浄化装置の端面を通過する排気ガスの流れ方向別の時間変化を示した図である。
【図４】排気ガス浄化装置の端面を通過する排気ガスの流量の時間変化を示した図である。
【図５】流路切替弁及び開閉弁の基本構造を示した図である。
【図６】流路切替弁及び開閉弁の弁位置検出のためのセンサを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）２の排気マニホールド２ａに接続された排気通路３に排気ガス浄化装置４を設けて構成される。このエンジン２には、吸気マニホールド２ｂに接続する吸気通路５と、排気マニホールド２ａと吸気通路５を接続するＥＧＲ通路６とが設けられている。このＥＧＲ通路６にはＥＧＲクーラー６ａとＥＧＲ弁６ｂが配設されている。更に、排気通路３に設けられた排気タービン７ａと吸気通路５に設けられたコンプレッサー７ｂを有するターボチャージャ７が設けられている。また、排気ガス浄化装置４の上流側に排気管内直接噴射弁８が設けられている。
【００３０】
なお、新気Ａが流れる吸気通路５には上流側からエアクーリーナ（図示しない）、吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）（図示しない）、ターボチャージャ７のコンプレッサー７ｂ、インタークーラ（図示しない）、吸気弁（インテークスロットル）（図示しない）等が設けられ、新気Ａをエンジン２の気筒（シリンダ）に供給できるように構成される。また、排気ガスＧが流れる排気通路３には、上流側からターボチャージャ７のタービン７ｂと排気管内直接噴射弁８と排気ガス浄化装置４を備えて構成される。この排気管内直接噴射弁８には、図示しない燃料タンクからの燃料ｆが、燃料タンクに接続される燃料配管９ａと燃料供給ポンプ９と燃料配管９ｂ経由で供給される。
【００３１】
排気ガス浄化装置４は、この実施の形態では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）、触媒付きフィルタ装置（ＣＳＦ）を有して構成される。
【００３２】
酸化触媒装置は、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する役割と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生や、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の際や、触媒付きフィルタのＰＭ再生処理の際に、排気通路３内に供給される燃料ｆの一部を酸化して排気ガスＧの温度を昇温する役割とを持っている。
【００３３】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。このＮＯｘ放出のリッチ空燃比制御では、排気通路３内に燃料ｆを直接供給する。
【００３４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、エンジン２の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からＮＯｘ吸蔵材を再生するために、排気通路３内に燃料ｆを供給して、この燃料ｆを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、触媒を７５０℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵材の脱硫処理を行う。
【００３５】
触媒付きフィルタ装置は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えた触媒付きＤＰＦで構成される。この触媒付きＤＰＦは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。
【００３６】
この触媒付きＤＰＦにより、排気ガス中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。このＰＭの捕集量が増加した場合には、排気通路３内に燃料ｆを供給して、この燃料ｆを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、この高温の排気ガスにより触媒付きＤＰＦをＰＭの燃焼開始温度まで上昇させて、捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去して、触媒付きＤＰＦのＰＭ再生処理を行う。
【００３７】
そして、本発明においては、排気通路３に排気ガス浄化装置４を迂回する第１バイパス通路１１を設け、排気通路３と第１バイパス通路１１の上流側の合流部に流路切替弁１２を備える。また、下流側の合流部の下流側に排気通路３を開閉する第１開閉弁１３を設ける。それと共に、流路切替弁１２の下流側で排気通路３から分岐し、排気ガス浄化装置４と第１開閉弁１３を迂回して排気通路３に合流する第２バイパス通路１４を設けて、この第２バイパス通路１４に第２開閉弁１５を設ける。これらの構成により、排気ガスＧが排気ガス浄化装置４に対して逆流できるように構成する。
【００３８】
言い換えれば、排気ガス浄化装置４を迂回する第１バイパス通路１１と、排気通路３と第１バイパス通路１１の上流側の合流部の流路切替弁１２と、下流側の合流部の下流側に設けられ、かつ、排気通路３を開閉する第１開閉弁１３と、流路切替弁１１の下流側で排気通路３から分岐し、排気ガス浄化装置４と第１開閉弁１３を迂回して排気通路３に合流する第２バイパス通路１４と、この第２バイパス通路１４に設けた第２開閉弁１５とを備えて、排気ガスＧが排気ガス浄化装置４に対して、逆流できるように構成する。
【００３９】
この第２バイパス通路１４は、逆流時に排気圧力の上昇を抑えるためのものである。また、第２開閉弁１５を閉じることで、通常の排気ガスの順流状態とした場合に、第２バイパス通路１４を経由して、排気ガスが排気ガス浄化装置１４を通過せずに、排気ガスが排出されることを防止する。
【００４０】
また、排気管内直接噴射弁８を流路切替弁１２の上流側に配置することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生処理（還元処理）や脱硫処理（硫黄脱離処理）やＤＰＦのＰＭ再生処理等において、排気管内直接噴射を行う場合に、排気ガスを逆流させているときでも燃料ｆを噴射できるようになる。
【００４１】
この流路切替弁１２と第１開閉弁１３と第２開閉弁１５においては、図５に示すように、排気ガスの流路４１に設けられた弁体４２を駆動モータ４３で９０°回転させることで流路４１を開閉する。この各弁１２，１３，１５の相互間での各弁体４２の回転の同期は重要であるので、駆動モータ４３の回転数や弁体４２の流路４１に対する位相を、図６に示すように、弁体４２の回転軸４４に設けた磁石４５と磁気抵抗素子を使った磁気検知プローブ４６とからなるセンサで検知し同期させる制御を行う。このセンサでは、回転軸４４の回転に伴う磁界の強さの変化により信号電圧が変化するので、弁体４２の位置を検出することができる。
【００４２】
なお、各弁１２，１３，１５の相互間で、９０°回転制御の時間間隔を変化させる必要があるので駆動モータをサーボモータ等が形成することが望ましい。また、エンジン２を始動する前に、流路切替弁１２と第１開閉弁１３と第２開閉弁１５の弁位置が排気ガスの流れと平行になるように磁気検知プローブ４６からの信号で駆動モータ４３を駆動しておく。
【００４３】
更に、排気ガス浄化装置４の触媒温度Ｔｃを測定するために、排気ガス浄化装置４の出口に排気ガス温度センサ１６が、また、排気ガス浄化装置４の前後差圧ΔＰを測定するための差圧センサ１８と、排気ガス中の空気過剰率λ又は酸素濃度を測定するための図示しない空気過剰率センサ（λセンサ）等が配設される。
【００４４】
これらのセンサ１６，１７等の測定値Ｔｃ、ΔＰ、λとエンジン２の運転状態とエンジン２の運転制御に必要なデータを入力して排気ガス浄化システム１の排気ガス浄化制御や再生制御を行う排気ガス浄化システム１の制御装置３０ａが設けられる。この排気ガス浄化システム１の制御装置３０ａは、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジン制御装置（ＥＣＵ）３０に含まれる形で設けられる。
【００４５】
このエンジン制御装置３０は、エンジン２からのデータと吸入空気量センサ（図示しない）等の各種の検出値に基づいて、吸気弁（図示しない）、燃料供給ポンプ９、ＥＧＲ通路６のＥＧＲ弁６ａ、排気管内直接噴射弁８等を制御する。この排気管内直接噴射弁８を用いて、ＮＯｘ再生処理、脱硫処理及びＰＭ再生処理等の排気管内燃料直接噴射において、燃料供給ポンプ９で昇圧された燃料ｆを排気通路３内に噴射して供給する。
【００４６】
次に、この排気ガス浄化システム１における制御方法について説明する。この排気ガス浄化システム１における制御方法では、エンジン２の運転状態が予め設定したエンジンの運転状態の場合には、予め設定した第１時間ｔｃ毎に、排気ガス浄化装置４に対して排気ガスＧを予め設定した第２時間ｔｂの間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスＧが排気ガス浄化装置４を通過する時間ｔｐを、順流だけの場合よりも長くする。
【００４７】
この予め設定したエンジンの運転状態としては、次のような４つの場合を含む。一つ目は、エンジン始動直後等の排気ガス浄化処理装置４の触媒温度Ｔｃが触媒性能が十分に発揮できない触媒温度Ｔｅよりも低温状態の場合であり、二つ目は、排気ガス浄化装置４がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えている場合においては、ＮＯｘ吸蔵能力回復のためのＮＯｘ再生処理の場合である。三つ目は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の場合の場合であり、四つ目は、排気管内直接噴射により燃料を排気ガス中に添加して触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するＰＭ再生処理の場合である。
【００４８】
なお、この実施の形態ではないが、排気ガス浄化装置４が選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を備えており、排気管内直接噴射によりアンモニア系等の還元剤を排気ガス中に供給して排気ガス中のＮＯｘを浄化する場合も、予め設定したエンジンの運転状態に含む。
【００４９】
この順流と逆流の繰り返し制御に際しては、エンジン２のエンジン回転数と負荷に応じて決まる、流路切替弁１２、第１開閉弁１３、第２開閉弁１５の各逆流制御間隔時間（第１時間）ｔｃ（＝ｔａ＋ｔｂ）、順流維持時間ｔａ、逆流維持時間ｔｂを、それぞれのマップデータから算出する。
【００５０】
この算出された逆流制限間隔時間ｔｃと維持時間ｔａ、ｔｂに従って、順流では、第１開閉弁１３を閉じ、第２開閉弁１５を開き、流路切替弁１２を閉じることを順に行って、排気ガスを排気ガス浄化装置１４を通過させる。また、逆流では、第１開閉弁１３を開き、第２開閉弁１５を閉じ、流路切替弁１２を開くことを順に行って、排気ガスを第１バイパス通路１１、排気ガス浄化装置１４、第２バイパス通路１４を通過させる。
【００５１】
この順流と逆流の繰り返しは、例えば、逆流時間ｔｂを順流時間ｔａの５０％とした場合には、ガス流量の５０％を逆流させることができるので、５０％の排気ガスが再度排気ガス浄化装置４の内部を通過することになる。その結果、実質的に排気ガス浄化装置４の容積を５０％増加させたのと同等の効果を得ることができる。この逆流の場合に、流路切替弁１２と第１開閉弁１３との間に配置された第１バイパス通路１１に、排気ガスが残留するが、この残留ガスは引き続き行う順流操作により、排気ガス浄化装置４を通過する。
【００５２】
この方法によれば、触媒容積の半分程度まで排気ガスを逆流させた場合には触媒を通過する時間は通常状態に比べ１．５倍に増え、空間速度は見かけ上１／１．５に減少し、触媒容積を１．５倍にした場合と等価の効果を得られる。
【００５３】
この順流時間ｔａは、例えば、排気ガス浄化装置４を排気ガスが通過しきる時間、即ち、「容積／単位時間の排気ガス量」等とすることができる。また、逆流時間ｔｂは、排気ガスの円滑な流れと排気圧力の上昇を考えると、順流時間ｔａの２０％〜５０％程度が好ましい。
【００５４】
仮に、分かり易くするために、制御時間を長くして、図２に示すような排気ガス浄化ユニット４０ａを使用して説明するとして、この排気ガス浄化ユニット４０ａの排気ガスが通過する断面４０ｂの面積を０．２９ｍ2とし、排気ガスの流速を２．０ｍ／ｍｉｎとする。単位時間（１分）当たり、０．５８ｍ3となる。この排気ガス浄化ユニット４０ａに対して、順流時間ｔａを１０分、逆流時間ｔｂを５分とし、第１時間（１５分）ｔｃ（＝ｔａ＋ｔｂ）毎に第２時間（５分）ｔｂの間逆流させるとして、図３及び図４で説明する。
【００５５】
図３及び図４に示すように、ガスを１０分経過するまでは通常の順方向に流す。１０分経過したら逆方向に排気ガスを５分間流す。逆方向に５分間ガスを流した後で、順方向に１０分間ガスを流す。これを順次繰り返す。
この１０分間順流した後に、５分間逆流することを繰り返すと、通過したガスのうち、半分（５分／１０分）が排気ガス浄化ユニット４０ａの内部に戻り、再び排気ガス浄化ユニット４０ａの内部を通過することになる。
【００５６】
その結果、排気ガス浄化ユニット４０ａの端面４０ｂを通過するガスの流れの方向別のガス流量は、図３に示すようになり、また、排気ガス浄化ユニット４０ａを通過するガス流量は、図４に示すようになる。その結果、図４に示すように、排気ガス浄化ユニット４０ａを通過するガスの速度Ｖａを、見かけ上は速度Ｖｂにすることができる。
【００５７】
なお、この順流と逆流の繰り返し制御においては、逆流時間ｔｂをエンジン２のエンジン回転数と負荷に応じて排気圧力の上昇が大きくなり過ぎないように設定する。そのため、エンジン回転数と負荷に応じた、流路切替弁１２、第１開閉弁１３、第２開閉弁１５の各逆流制御間隔時間（第１時間）ｔｃ、順流維持時間ｔａ、逆流維持時間（第２時間）ｔｂをマップデータにして制御装置（ＥＣＵ）３０に入力しておき、この繰り返し制御を行うときのエンジン回転数と負荷に応じて、各弁１２，１３，１５の各逆流制御間隔時間ｔｃ、順流維持時間ｔａ、逆流維持時間ｔｂをそれぞれのマップデータから算出する。
【００５８】
この制御方法によれば、予め設定したエンジンの運転状態で、予め設定した第１時間ｔｃ毎に、排気ガス浄化装置４に対して排気ガスＧを予め設定した第２時間ｔｂの間一時的に逆流させる制御を繰り返し行って、排気ガスＧが排気ガス浄化装置４の内部を通過する時間を、順流だけの場合に比べて長くすることにより、見かけ上の空間速度を減少できる。従って、排気ガス浄化装置４の触媒やＤＰＦ等の容積を増加したのと同様の効果を得ることができる。
【００５９】
そして、エンジン２の始動直後等の排気ガス浄化装置４の触媒温度Ｔｃが触媒性能が十分に発揮できない触媒温度Ｔｅより低温状態の場合では、エンジン２から排出された排気ガスＧが排気ガス浄化装置４を通過する時間を長くできて、排気ガス浄化装置４の見かけ上の空間速度を下げることができる。そのため、効率よく排気ガス浄化装置４を昇温できる。
【００６０】
また、ＮＯｘ吸蔵能力回復のためのＮＯｘ再生処理の際には、短時間のリッチ処理時間（還元処理時間）でも、排気ガスＧの排気ガス浄化装置４における滞在時間が長くなるので、排気ガスＧの触媒反応時間が長くなる。そのため、ＮＯｘ吸蔵能力を十分に回復することができるので、通常運転のリーン状態での浄化率を向上できる。
【００６１】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の際は、逆流により排気ガスＧ中の酸素濃度をできるだけ下げた深いリッチ状態にできるので、通常の排気ガスＧの順流状態で入口側に吸着し他部位よりも吸着量の多くなる硫黄の脱離も容易となり、性能低下を抑制できる。また、脱硫黄処理で触媒を加熱する場合に排気ガスの流速を低下させ、排気ガスへ放出される熱量を低減し、加熱時間を短くできる。
【００６２】
また、触媒付きＤＰＦのＰＭ再生処理の際ては、排気管内直接噴射により放出された燃料のうち、ガス化できずに液滴のまま滞留している液体粒子のガス化を促進して、未燃燃料の排出に起因する白煙の発生や触媒還元に必要な燃料の消費量の増加を抑制できる。
【００６３】
上記の構成の排気ガス浄化システム１及びその制御方法によれば、排気ガス浄化装置４の空間速度を見かけ上で低減することができるので、浄化活性の低い触媒温度Ｔｃでも排気ガス浄化率を向上させることができ、また、低温度状態にある触媒の昇温を促進することができる。
【００６４】
更に、排気ガス浄化装置４にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた場合には、通常のリーン運転時の場合は、浄化率を向上でき、脱硫黄処理時の場合は、脱硫効果の向上による性能低下を抑制できて加熱時間を短縮でき、更に、排気管内燃料直接噴射時の場合は、添加された燃料のガス化を促進できて白煙の発生の防止と燃費の抑制を図ることができる。
【００６５】
なお、上記では、ＮＯｘ浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を例にして説明したが、ＮＯｘ浄化触媒として選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を用いる場合にも、本願発明を適用することができる。この場合は、排気ガス浄化装置４に選択還元型触媒が備えられると共に、排気管内直接噴射弁８からは、ＮＯｘ浄化のために尿素水等のアンモニアを発生するアンモニア系溶液が供給される。
【００６６】
この通常のリーン燃焼時のＮＯｘ浄化の場合には、排気管内直接噴射により放出されたアンモニア系溶液（還元剤）のうち、ガス化できずに液滴のまま滞留している液体粒子のガス化を促進して、アンモニア系溶液の排出に起因する白煙の発生やＮＯｘ還元に必要なアンモニア系溶液の消費量の増加を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の排気ガス浄化システム及びその制御方法は、内燃機関から排出された排気ガスが排気ガス浄化装置を通過する時間を長くし、見かけ上の空間速度を低くすることができて、内燃機関の始動直後の排気ガス浄化装置の温度が低い場合等においても浄化性能を十分に発揮できるので、自動車搭載の内燃機関の排気ガス浄化システム及びその制御方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  排気ガス浄化システム
２  エンジン（内燃機関）
３  排気通路
４  排気ガス浄化装置
８  排気管内直接噴射弁
１１  第１バイパス通路
１２  流路切替弁
１３  第１開閉弁
１４  第２バイパス通路
１５  第２開閉弁
３０  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
３０ａ  制御装置
ｆ  燃料
Ｇ  排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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